一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法
【專利摘要】本發明公開了一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法，包括以下步驟：S1、根據組網信息，選取待優化的網絡參數，設定參數初始值；S2、將待規劃的單頻網目標區域劃分為若干子區域，并根據區域信息對各子區域賦予不同的權重；S3、根據單頻網內接收性能判定準則判定各子區域的接收性能；S4、根據組網信息，采用啟發式算法對網絡參數進行尋優，逐代更新優化參數值，優化目標函數值，直到滿足迭代終止條件。本發明對地面數字電視單頻網發射臺站的發射功率、發射時延、天線方向圖等參數進行多自由度、多目標函數、多優先級的聯合優化，大大縮短了單頻網分析的設計周期，節約了大量人力物力和時間，對推進我國地面數字電視單頻網建設具有重要意義。
【專利說明】一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信【技術領域】，特別涉及一種地面數字電視單頻網組網方法。
【背景技術】
[0002]隨著電視頻道的迅速增多和我國頻率資源的日益匱乏，單頻網逐漸取代多頻網成為無線數字廣播覆蓋網的關鍵技術方案，具有廣闊的發展前景和應用意義。單頻網(SingleFrequency Network, SFN)具有許多優點，例如頻譜利用率高、覆蓋范圍大、發射機成本低等。然而，地面數字電視單頻網中的接收機接收到來自多個發射臺的同步信號，加上信號本身的反射、折射作用，使得單頻網內存在強烈的多徑效應，這會導致接收信號的碼間干擾和頻率選擇性衰落，對接收質量產生不良影響。
[0003]為克服多徑效應，歐洲、日本和中國均提出了基于正交頻分復用(OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM)的地面數字電視廣播標準，利用OFDM巾貞結構中的保護間隔降低符號間干擾，便于接收機的同步恢復，較好地支持了單頻網的組網方式。其中，我國的地面數字電視國家標準《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》(GB20600-2006),已于2011年12月6日被國際電聯(ITU)正式采納為四大國標地面數字電視廣播標準之一。
[0004]地面數字電視廣播單頻網的設計和組建是一個龐雜的工程，需要消耗大量的人力物力，因此在工程實施前需要進行細致的網絡規劃工作。一般而言，單頻網的組網參數包括臺站的位置和個數、發射臺站的發射功率、延時、天線方向圖等，各個參數對覆蓋網的覆蓋效果均具有很大影響。因此，引入一種合理高效的單頻網性能評價模型，快速準確地評價單頻網網絡性能，并針對特定目標區域和業務需求給出可靠的組網方案意義重大。
[0005]目前常見的國內外單頻網分析軟件的設計思路較為單一，普遍在已有臺站的基礎上，通過反復調整臺站的發射功率、時延、天線方向圖等技術參數，得到網絡覆蓋效果，進而得到相對可行的設計方案。這種設計方式計算量大、周期長且需要反復的調整，當網絡較為復雜時，設計技術方案的工作量將會成倍增長。
[0006]為了提升智能化組網規劃水平，本專利提出了一種適用于我國國情的高效的組網規劃方法，與人工智能優化算法相結合，綜合考慮覆蓋面積、覆蓋人口、覆蓋優先級等規劃需求，針對特定的目標函數，對各組網參數進行聯合優化，給出適合當前業務需求的最優組網方案，大大提高了單頻網分析設計的工作效率，同時引入了多種不同的覆蓋判定準則，基于多自由度和多目標函數，具有組網靈活、模式自定義的優點，增加了單頻網分析工作的技術手段。
【發明內容】
[0007](一)要解決的技術問題
[0008]本發明要解決的技術問題是:如何提供一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法，該方法基于國標DTMB系統，在合理覆蓋判定準則的基礎上，能對多種參數和多種目標函數進行優化設置，克服現有單頻網規劃軟件所用方法的缺點與不足，具有靈活、快速、高效的優點，為單頻網的規劃、建設和優化提供有力的決策參考。
[0009](二)技術方案
[0010]為解決上述問題，本發明提供一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法，包括以下步驟:S1、根據組網信息，選取待優化的網絡參數，設定參數初始值；S2、將待規劃的單頻網目標區域劃分為若干子區域，并根據區域信息對各子區域賦予不同的權重；S3、根據單頻網內接收性能判定準則判定各子區域的接收性能；S4、根據組網信息，采用啟發式算法對網絡參數進行尋優，逐代更新優化參數值，優化目標函數值，直到滿足迭代終止條件。
[0011]優選地，所述網絡優化參數包括各發射臺站的功率、延時、天線方向圖、天線水平角度以及天線俯仰角度的一個或多個的組合。
[0012]優選地，所述子區域的劃分需綜合考慮區域大小、規劃精度和計算復雜度。
[0013]優選地，所述組網信息包括可優化的組網參數及其優化精度，目標區域的人口分布密度、經濟發展情況、覆蓋優先級等。
[0014]優選地，所述子區域的接收效果用如下方法判定:在子區域中選取一個點，判定該點的接收性能，用該點的接收性能代表其對應子區域的接收性能。
[0015]優選地，所述接收性能判定準則具體包括:S3.01測量接收機接收到的多徑信號場強之和，達到覆蓋門限場強值的為可覆蓋的子區域，反之為不可覆蓋的子區域，覆蓋門限為預先給定的常數；S3.02對于所述可覆蓋子區域，計算其網內自干擾，即接收信號中有用信號場強之和與有害信號場強之和的比值，自干擾超過預設閾值的可覆蓋子區域被視為可以正常接收的子區域，即可接收子區域，反之為不可接收子區域。
[0016]優選地，所述接收性能判定準則具體包括:S3.11測試接收機在高斯信道模型下的接收信噪比門限；S3.12計算單頻網多徑信道模型中系統達到接收信噪比門限時的信道容量；S3.13分析系統在多徑信道傳輸環境中的數據傳輸速率和信道容量關系，并據此預測多徑信道模型中的接收信噪比門限；S3.14測量接收機接收到的多徑信號場強之和，達到覆蓋門限場強值的為可覆蓋子區域，反之為不可覆蓋子區域，然后根據S3.13中得到的接收信噪比門限對可覆蓋子區域的信噪比進行接收性能判定，接受信噪比高于門限閾值的為可接收子區域，反之為不可接收子區域。
[0017]優選地，所述啟發式算法包括遺傳算法、模擬退火算法、粒子群優化算法及其變種和組合。
[0018]優選地，所述優化目標函數如下:
【權利要求】
1.一種適用于地面數字電視單頻網的組網方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、根據組網信息，選取待優化的網絡參數，設定參數初始值； 52、將待規劃的單頻網目標區域劃分為若干子區域，并根據區域信息對各子區域賦予不同的權重； 53、根據單頻網內接收性能判定準則判定各子區域的接收性能； 54、根據組網信息，采用啟發式算法對網絡參數進行尋優，逐代更新優化參數值，優化目標函數值，直到滿足迭代終止條件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述網絡優化參數包括各發射臺站的功率、延時、天線方向圖、天線水平角度以及天線俯仰角度的一個或多個的組合。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述子區域的劃分需綜合考慮區域大小、規劃精度和計算復雜度。
4.如權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述組網信息包括可優化的組網參數及其優化精度，目標區域的人口分布密度、經濟發展情況、覆蓋優先級等。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述子區域的接收效果用如下方法判定:在子區域中選取一個點，判定在該點處接收機的接收性能，即為該子區域的接收性能。
6.如權利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述接收性能判定準則具體包括: S3.0l測量接收機接收到的多徑信號場強之和，達到覆蓋門限場強值的為可覆蓋的子區域，反之為不可覆蓋的子區域，覆蓋門限為預先給定的常數； S3.02對于所述可覆蓋的子區域，計算其網內自干擾，即接收信號中有用信號場強之和與有害信號場強之和的比值，自干擾超過預設閾值的可覆蓋子區域被視為可以正常接收的子區域，即可接收子區域，反之為不可接收子區域。
7.如權利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述接收性能判定準則具體包括: S3.11測試接收機在高斯信道模型下的接收信噪比門限； S3.12計算單頻網多徑信道模型中系統達到接收信噪比門限時的信道容量； S3.13分析系統在多徑信道傳輸環境中的數據傳輸速率和信道容量關系，并據此預測多徑信道模型中的接收信噪比門限； S3.14測量接收機接收到的多徑信號場強之和，達到覆蓋門限場強值的為可覆蓋子區域，反之為不可覆蓋的子區域，然后根據S3.13中得到的接收信噪比門限對可覆蓋子區域的信噪比進行接收性能判定，接受信噪比高于門限閾值的為可接收子區域，反之為不可接收子區域。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述啟發式算法包括遺傳算法、模擬退火算法、粒子群優化算法及其變種和組合。
9.如權利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述優化目標函數為
10.如權利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述優化目標函數如下: 統計目標區域中的可接收子區域、不可接收子區域及不可覆蓋子區域，記為集合S、S1、NS，分別計算三者的加權和，
【文檔編號】H04W16/18GK103731843SQ201310722858
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】楊昉, 段海寧, 潘長勇, 顏克茜, 宋健 申請人:清華大學